Lithium-Ionen-Batterien vs. Bleisäure

Zwei der Batterietypen, mit denen Sie am besten vertraut sind, vielleicht ohne es zu wissen, sind die Blei-Säure-Batterie und die Lithium-Ionen-Batterie. Die meisten Autos in Amerika haben eine Blei-Säure-Batterie an Bord, während praktisch jeder Blackberry- und Laptop-Computer seinen Strom von einer Lithium-Ionen-Batterie bezieht. Eine Art von Batterie ist gut für Ihr Auto und die andere für Ihr Mobiltelefon stammt von den Chemikalien, die in jedem Batterietyp verwendet werden.

Eine Batterie ist ein elektrochemisches Gerät, das heißt, sie erzeugt Elektrizität durch kontrollierte chemische Reaktionen zwischen verschiedenen Substanzen. Die meisten Batterien, einschließlich Lithium-Ionen- und Blei-Säure-Batterien, enthalten eine Anode, eine Kathode und eine Substanz dazwischen dient als Elektrolyt. Die Anode ist normalerweise der Pluspol, in den beim Betrieb der Batterie Strom fließt. Die Kathode ist normalerweise der Minuspol, aus dem im Betrieb elektrischer Strom fließt. Die Chemie zwischen ihnen gibt dem elektrischen Strom seine Ladung, aber sie benötigen als Medium eine dritte Substanz in Form eines Elektrolyten. Wenn sich Anode und Kathode berühren, wäre die Folge ein Kurzschluss.

Anode und Kathode in einer typischen Blei-Säure-Batterie bestehen aus Blei und Bleidioxid und werden durch einen Elektrolyten einer Lösung, die etwa ein Drittel Schwefelsäure enthält, überbrückt. Wenn die Batterie Elektrizität entlädt, wandelt die chemische Reaktion die beiden Elektroden nach und nach in Bleisulfat um. Das Aufladen der Batterie kehrt diese Umwandlung teilweise um.

Lithium-Ionen-Batterien verwenden eine Vielzahl von Substanzen, wobei das gemeinsame Element die Wanderung von Lithium zwischen den Elektroden während der stromerzeugenden Reaktion ist. Graphit wird typischerweise verwendet, um die Anode herzustellen, während Kathoden aus Lithiumkobaltoxid, Lithiumeisenphosphat oder Lithiummanganoxid und anderen auf Lithium basierenden Substanzen hergestellt werden können. Der Elektrolyt ist typischerweise eine Lösung von Lithiumsalz in einem organischen Lösungsmittel. Das Aufladen eines Lithium-Ionen-Akkus kehrt die Migration von Lithium in der Chemie des Akkus um.

Blei-Säure-Batterien sind eine der ältesten praktischen, wiederaufladbaren Batteriekonstruktionen und stammen aus der Mitte des 19. Jahrhunderts. Sie haben eines der Batteriedesigns mit dem niedrigsten Energie-Gewicht- und Energie-Volumen-Verhältnis, was sie für die Gesamtleistung, die sie abgeben können, sehr groß und schwer macht. Sie haben ein sehr hohes Stoß-Gewichts-Verhältnis, was bedeutet, dass sie auf einmal einen großen Stromstoß liefern können. Dies macht sie perfekt für Anwendungen, die einen großen, plötzlichen Stromstoß benötigen, wie z. B. Autostarter. Blei-Säure-Batterien sind zudem günstig in der Herstellung. Sie sind jedoch nicht sehr gut in Rollen, die über einen langen Zeitraum eine gleichmäßige, geringe oder mittelmäßige Stromversorgung erfordern. Außerdem haben sie lange Ladezeiten.

Insbesondere im Vergleich zu einer Blei-Säure-Batterie haben Lithium-Ionen-Designs ein hohes Leistungsgewicht und Leistungs-Volumen-Verhältnis. Diese sind aus modernen Laptops, Handys und anderen stromhungrigen elektronischen Geräten nicht mehr wegzudenken Batterien, denn um diesen Leistungsbedarf mit anderen Batteriedesigns zu decken, würde dies zu klobigeren Batterien mit kürzeren Lebenszeiten. Es gibt sogar Lithium-Ionen-Akkus mit einer großen Stoßspannungsfestigkeit, wie die einer Blei-Säure-Batterie. Sie haben jedoch zwei große Nachteile. Erstens sind sie sehr teuer in der Herstellung. Zweitens nimmt ihre Fähigkeit, eine Ladung zu halten, selbst dann ab, wenn die Batterie nicht verwendet wird. Eine Blei-Säure-Batterie kann mehrere Jahre mit guter Kapazität arbeiten. Wer den gleichen Handy- oder Laptop-Akku ein oder zwei Jahre lang aufbewahrt hat, weiß dasselbe nicht über den typischen Lithium-Ionen-Akku zu sagen.